한국에너지기술연구원은 최근 원내 김민중 박사 연구팀이 그린수소를 안정적으로 생산할 수 있는 고내구성 니켈-철 이중층 수전해 전극을 개발했다고 26일 밝혔다.

그린 수소는 대부분 물의 전기분해로 생산되는데, 수소와 산소를 발생시키는 전기분해 특성상 반응속도가 느린 산소 발생 속도에 맞추어서 진행된다.

즉 최고 효율이 나오지 않을 뿐만 아니라 전기분해 소재의 문제로 수전해 장치에 급격한 전압 상승이 일어나면 전극이 손상되고 성능이 저하되는 문제도 있었다.

이에 연구원은 산소 발생 반응에 높은 활성을 가진 니켈-철 이중층 수산화물을 통해 급격한 변화에도 성능 저하가 없고 효율이 좋은 수전해 전극을 개발했다.

연구팀은 전극 개발 과정에서 니켈-철 이중층 구조를 구성하는 철 이온 함량이 40% 이상일 경우 구조적 안정성이 극대화되는 것을 확인했다.

한국에너지기술연구원이 개발한 고효율 그린 수소 생산용 '니켈-철 이중층 수전해 전극' [한국에너지기술연구원 제공]

그러나 이론적인 철 이온의 최대 함량은 25% 수준으로, 일반적인 촉매 소재 합성을 통해서는 40% 이상 함량의 구조를 구현하는 것이 불가능했다.

이에 연구팀은 40% 이상의 고농도 철 이온을 첨가하기 위해 철을 일부러 부식시키는 방법을 택했다.

철을 니켈2가 이온 용액에 담가 산소를 공급하면 부식반응이 일어나며 철 이온이 방출된다.

연구팀은 이렇게 생성된 이온들로 높은 철 이온 농도를 유지하는 최적의 조건을 찾아내어 철 농도를 46%까지 높인 전극을 개발했다고 밝혔다.

해당 전극은 12시간 동안의 급격한 시작·정지 반복 시험에도 성능의 저하나 손상을 보이지 않아 일반적인 전극보다 20% 이상의 성능 이점을 보였다.

연구팀의 김민중 박사는 "수전해 전극의 내구성 향상 기술은 재생에너지로부터 그린수소를 생산하기 위한 핵심 기술로, 향후 정부 차원의 관심과 지원이 지속적으로 요구된다."라고 강조했다.